(57)【要約】【課題】  処理条件の特別な選定や切り替えを要することなく、またプロセスに影響を与えることなくプラズマを容易に着火させること。【解決手段】  上部整合器４４は、インピーダンス可変の可変整合器であり、整合回路１０２の可変リアクタンス素子のインピーダンス・ポジションを可変制御するためのコントローラ１０４と、整合回路１０２を含めた負荷インピーダンスを測定する機能を有するＲＦセンサ１０６とを有している。Ｖpp測定回路１１２は、上部整合器４４の出力側で導波路上の高周波電圧の波高値（ピーク対ピーク値）Ｖppを測定する。主制御部１００は、整合器４４，８８におけるインピーダンス・ポジションのオフ・プリセット値最適化のためのオートラーニングを実行制御する。【選択図】    図３
2006286306.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
減圧可能なチャンバ内でプラズマを生成するために前記チャンバの中または外に配置された第１の高周波電極に第１の高周波電源より第１の周波数を有する第１の高周波を第１の可変整合器を介して給電し、前記チャンバ内の所定位置に配置された被処理基板に所望のプラズマ処理を施すプラズマ処理方法であって、
前記チャンバ内でプラズマを着火させるために、前記第１の可変整合器における可変インピーダンスのうち前記第１の高周波電極に得られる高周波電圧の波高値が最大または最大付近になる第１のインピーダンスの下で前記第１の高周波電極に対する前記第１の高周波の給電を開始する第１の工程と、
前記チャンバ内でプラズマの着火した後に前記第１の高周波電源側のインピーダンスに負荷インピーダンスを整合させるように前記第１の可変整合器のインピーダンスを可変制御する第２の工程と
を有するプラズマ処理方法。
【請求項２】
前記チャンバ内を減圧し、放電が発生しない程度のパワーで前記第１の高周波を前記第１の高周波電極に給電して、前記第１の可変整合器を可変範囲内の選定された複数のインピーダンス・ポジションに順次切り替える第４の工程と、
各々の前記インピーダンス・ポジションの下で前記第１の可変整合器の出力端子から前記第１の高周波電極までの導波路上に得られる高周波電圧の波高値を測定して測定値を記録する第５の工程と、
前記複数のインピーダンス・ポジションの中で前記電圧波高値の測定値が最大値または最大値付近になるときのインピーダンス・ポジションを前記第１のインピーダンスに対応するインピーダンス・ポジションとして登録する第６の工程と
を有する請求項１に記載のプラズマ処理方法。
【請求項３】
前記チャンバ内に前記第１の高周波電極と第２の高周波電極とを所望のギャップを隔てて平行に配置し、前記第２の高周波電極に第２の高周波電源より第２の周波数を有する第２の高周波を第２の可変整合器を介して給電する請求項１または請求項２に記載のプラズマ処理方法。
【請求項４】
前記チャンバ内でプラズマの着火した後に、前記第２の高周波電極に対する前記第２の高周波の給電を開始する請求項３に記載のプラズマ処理方法。
【請求項５】
前記第２の可変整合器における可変インピーダンスのうち前記第２の高周波電極に得られる高周波電圧の波高値が最小または最小付近になる第２のインピーダンスの下で前記第２の高周波の給電を開始する第７の工程と、
前記第２の高周波の給電を開始して所定時間を経過してから前記第２の高周波電源側のインピーダンスに負荷インピーダンスを整合させるように前記第２の可変整合器のインピーダンスを可変制御する第８の工程と
を有する請求項４に記載のプラズマ処理方法。
【請求項６】
前記チャンバ内を減圧し、放電が発生しない程度のパワーで前記第２の高周波を前記第２の高周波電極に給電して、前記第２の可変整合器のインピーダンスを可変範囲内の選定された複数のインピーダンス・ポジションに順次切り替える第９の工程と、
各々の前記インピーダンス・ポジションの下で前記第２の可変整合器の出力端子から前記第２の高周波電極までの導波路上に得られる高周波電圧の波高値を測定して測定値を記録する第１０の工程と、
前記複数のインピーダンス・ポジションの中で前記電圧波高値が最小値または最小値付近になるときのインピーダンス・ポジションを前記第２のインピーダンスに対応するインピーダンス・ポジションとして登録する第１１の工程と
を有する請求項５に記載のプラズマ処理方法。
【請求項７】
減圧可能なチャンバ内の所定位置にダミーの被処理基板を配置し、所望のプロセスレシピと実質的に同じ条件で前記チャンバ内を所定の真空度に減圧し、前記チャンバ内に所定の処理ガスを供給し、高周波電源より所定周波数の高周波を所定のパワーで所定の高周波電極に給電して前記チャンバ内にプラズマを生成し、負荷インピーダンスの測定値が予め選定された複数の基準インピーダンスに一致するように前記可変整合器のインピーダンスを可変制御する第１の工程と、
各々の前記基準インピーダンスの下で前記高周波電源側に得られる反射波の電力を測定して測定値を記録する第２の工程と、
前記複数の基準インピーダンスの中で前記反射波電力の測定値が最小値または最小値付近になるときの基準インピーダンスを登録する第３の工程と、
前記チャンバ内の前記所定位置に正規の被処理基板を配置し、前記プロセスレシピの条件で前記チャンバ内を所定の真空度に減圧し、前記チャンバ内に所定の処理ガスを供給し、前記高周波電源より前記高周波を所定のパワーで前記高周波電極に給電して前記チャンバ内にプラズマを生成し、負荷インピーダンスの測定値が前記登録された基準インピーダンスに一致するように前記可変整合器のインピーダンスを可変制御して、前記基板にプラズマ処理を施す第４の工程と
を有するプラズマ処理方法。
【請求項８】
前記第１の工程では、前記負荷インピーダンスの測定値を各々の前記基準インピーダンスに一致させる操作を行う度毎に、改めて前記高周波電源からの前記高周波を前記高周波電極に給電してプラズマを生成する請求項７に記載のプラズマ処理方法。
【請求項９】
被処理基板にプラズマ処理を施すための減圧された空間を与えるチャンバと、
プラズマ生成のために前記チャンバの中または外に配置された第１の高周波電極と、
前記チャンバ内に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
前記チャンバ内を減圧するための排気部と、
前記プラズマ生成のための第１の周波数を有する第１の高周波を出力する第１の高周波電源と、
前記第１の高周波電源と前記第１の高周波電極との間に電気的に接続された第１の可変整合器と、
前記チャンバ内でプラズマを着火させるために、前記第１の可変整合器における可変インピーダンスのうち前記第１の高周波電極に得られる高周波電圧の波高値が最大または最大付近になる第１のインピーダンスの下で前記第１の高周波電極に対する前記第１の高周波の給電を開始し、前記チャンバ内でプラズマの着火した後に前記第１の高周波電源側のインピーダンスに負荷インピーダンスを整合させるように前記第１の可変整合器のインピーダンスを可変制御する第１のマッチング制御部と
を有するプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記第１の可変整合器が、１個または複数個の可変リアクタンス素子を有する請求項９に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記第１のマッチング制御部が、
前記負荷インピーダンスを測定するための第１の負荷インピーダンス測定回路と、
前記チャンバ内でプラズマの着火した後に前記負荷インピーダンスの測定値が前記第１の高周波電源側に得られる反射波の電力が最小または最小付近になるときの基準のインピーダンスに一致するように前記第１の可変整合器のインピーダンスを可変制御する第１のオートマッチング制御部と
を有する請求項９または請求項１０に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記チャンバ内に前記第１の高周波電極と所望のギャップを隔てて平行に配置される第２の高周波電極と、
第２の周波数を有する第２の高周波を出力する第２の高周波電源と、
前記第２の高周波電源と前記第２の高周波電極との間に電気的に接続された第２の可変整合器と、
前記チャンバ内でプラズマが着火した後に前記第２の高周波電極に対する前記第２の高周波の給電を開始し、前記第２の高周波電源側のインピーダンスに負荷インピーダンスを整合させるように前記第２の可変整合器のインピーダンスを可変制御する第２のマッチング制御部と
を有する請求項９〜１１のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１３】
前記第２の可変整合器が、１個または複数個の可変リアクタンス素子を有する請求項１２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１４】
前記第２のマッチング制御部が、前記第２の可変整合器における可変インピーダンスのうち前記第２の高周波電極に得られる高周波電圧の波高値が最小または最小付近になる第２のインピーダンスで前記第２の高周波の給電を開始する請求項１２または請求項１３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１５】
前記第２のマッチング制御部が、
前記負荷インピーダンスを測定するための第２の負荷インピーダンス測定回路と、
前記負荷インピーダンスの測定値が前記第２の高周波電源側に得られる反射波の電力が最小または最小付近になるときの基準のインピーダンスに一致するように前記第２の可変整合器のインピーダンスを可変制御する第２のオートマッチング制御部と
を有する請求項１２〜１４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１６】
前記第２の高周波電極の上に前記被処理基板が載置され、前記第１の高周波電極に前記第２の高周波電極に向けて前記処理ガスを吐出するためのガス噴出孔が設けられる請求項１２〜１５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１７】
前記第１の高周波電極の上に前記被処理基板が載置され、前記第２の高周波電極に前記第１の高周波電極に向けて前記処理ガスを吐出するためのガス噴出孔が設けられる請求項１２〜１５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１８】
高周波電源よりプラズマ生成用の高周波を高周波電極に給電するために前記高周波電源と前記高周波電極との間に接続される可変整合器におけるインピーダンス・ポジションのオフ・プリセット値を決定するオートラーニング・プログラムであって、  
前記チャンバ内を減圧し、放電が発生しない程度のパワーで前記高周波を前記高周波電極に給電して、前記可変整合器を可変範囲内の選定された複数のインピーダンス・ポジションに順次切り替えるステップと、
各々の前記インピーダンス・ポジションの下で前記可変整合器の出力端子から前記高周波電極までの導波路上に得られる高周波電圧の波高値を測定して測定値を記録するステップと、
前記複数のインピーダンス・ポジションの中で前記電圧波高値の測定値が最大値または最大値付近になるときのインピーダンス・ポジションを前記オフ・プリセット値とするステップと
を実行するオートラーニング・プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理基板にプラズマ処理を施すためのプラズマ処理技術に係り、特にプラズマ生成用の高周波電極に可変整合器を介して所要の高周波を給電するシステムの改善に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスやＦＰＤ（Flat Panel Display）の製造プロセスには、プラズマを利用してエッチング、堆積、酸化、スパッタリング等の処理を行うプラズマ処理装置が多く使われている。概して、プラズマ処理装置は、処理容器またはチャンバの中または外に高周波電極を配置して高周波給電部より該高周波電極に高周波を給電する。高周波給電部には、高周波を出力する発振器または高周波電源だけでなく、負荷側（電極、プラズマ、チャンバ）のインピーダンスと高周波電源側のインピーダンスとの間で整合（マッチング）をとるための整合器も用いられる。高周波電源は通常５０Ωの純抵抗出力になるように設計されるため、整合器も含めた負荷側のインピーダンスが５０Ωになるように、整合器内のインピーダンスが設定または調節される（たとえば特許文献１参照）。
【０００３】
一般に、この種の整合器は、１個または複数の可変コンデンサまたは可変インダクタンスコイル等の可変リアクタンス素子を含み、ステップモータ等により可変範囲内の各ステップ位置またはポジションを選択することで整合器内のインピーダンスひいては負荷インピーダンスを可変調整できる可変整合器として構成されている。そして、プラズマ処理中には、圧力変動などによってプラズマ・インピーダンスが変わると、それら可変リアクタンス素子のインピーダンス・ポジションを可変調整して自動的に負荷インピーダンスを補正して整合ポイント（５０Ω）に合わせるようになっている。このオートマッチングを行うため、負荷インピーダンスを測定する回路や、負荷インピーダンスの測定値を整合ポイント（５０Ω）に一致させるようにステップモータを通じて各可変リアクタンス素子のインピーダンス・ポジションを可変制御するコントローラ等が用いられる。
【特許文献１】特開平１１−６１４５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のプラズマ処理装置は、プラズマ着火前ないし着火時における整合器のインピーダンス・ポジションを整合ポイントに対応するポジションまたはその付近のポジションに設定している。しかしながら、チャンバ内のガス圧力が低いときにプラズマが着火し難くなるという問題があり、特に平行平板型ではその傾向が顕著である。
【０００５】
このようなプラズマ非着火の問題に対処する従来の方法として、上記特許文献１に記載されるように、プラズマ処理用の所要圧力よりも高い圧力の下で高周波の給電を開始し、プラズマ着火後に所要の低圧力に切り替える方式が知られている。しかしながら、この手法は、各プロセス毎にプラズマ着火用の最適な初期圧力を選定しなければならないという不便があり、初期圧力が所要圧力よりも若干高い程度ではプラズマを確実に着火できる保証がなく、初期圧力が所要圧力よりも相当高いとプラズマ着火後の圧力の切り替えによってプロセスへの影響が懸念されるという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、処理条件の特別な選定や切り替えを要することなく、またプロセスに影響を与えることなくプラズマ着火性を容易に改善できるプラズマ処理方法、プラズマ処理装置および整合器のオートラーニングプログラムを提供することを目的とする。
【０００７】
本発明の別の目的は、プラズマ処理中に負荷インピーダンスを高周波電源側のインピーダンスに自動的に整合させるためのオートマッチング機能の信頼性を改善するプラズマ処理方法およびプラズマ処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明の第１のプラズマ処理方法は、減圧可能なチャンバ内でプラズマを生成するために前記チャンバの中または外に配置された第１の高周波電極に第１の高周波電源より第１の周波数を有する第１の高周波を第１の可変整合器を介して給電し、前記チャンバ内の所定位置に配置された被処理基板に所望のプラズマ処理を施すプラズマ処理方法であって、前記チャンバ内でプラズマを着火させるために、前記第１の可変整合器における可変インピーダンスのうち前記第１の高周波電極に得られる高周波電圧の波高値が最大または最大付近になる第１のインピーダンスの下で前記第１の高周波電極に対する前記第１の高周波の給電を開始する第１の工程と、前記チャンバ内でプラズマの着火した後に前記第１の高周波電源側のインピーダンスに負荷インピーダンスを整合させるように前記第１の可変整合器のインピーダンスを可変制御する第２の工程とを有する。
【０００９】
また、本発明のプラズマ処理装置は、被処理基板にプラズマ処理を施すための減圧された空間を与えるチャンバと、プラズマ生成のために前記チャンバの中または外に配置された第１の高周波電極と、前記チャンバ内に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、前記チャンバ内を減圧するための排気部と、前記プラズマ生成のための第１の周波数を有する第１の高周波を出力する第１の高周波電源と、前記第１の高周波電源と前記第１の高周波電極との間に電気的に接続された第１の可変整合器と、前記チャンバ内でプラズマを着火させるために、前記第１の可変整合器における可変インピーダンスのうち前記第１の高周波電極に得られる高周波電圧の波高値が最大または最大付近になる第１のインピーダンスの下で前記第１の高周波電極に対する前記第１の高周波の給電を開始し、前記チャンバ内でプラズマの着火した後に前記第１の高周波電源側のインピーダンスに負荷インピーダンスを整合させるように前記第１の可変整合器のインピーダンスを可変制御する第１のマッチング制御部とを有する。
【００１０】
上記の構成においては、第１の高周波電極に対して第１の高周波電源からの第１の高周波の給電が開始されると、第１の可変整合器のインピーダンスの可変範囲内で実現可能な最大または最大付近の電圧波高値が第１の高周波電極で得られることにより、処理ガスの放電が最大限に促進され、処理ガスのプラズマが生成される。そして、プラズマ着火後に可変整合器は固定インピーダンス（第１のインピーダンス）から可変のインピーダンスに切り替えられ、プラズマのインピーダンスが変化しても第１の高周波電源と負荷との間でインピーダンスマッチングがとられるので、プラズマプロセスが安定に保たれる。
【００１１】
本発明の好適な一態様によれば、上記のような第１の可変整合器におけるインピーダンスのオフ・プリセット値を決定するために、上記第１のプラズマ処理方法は、チャンバ内を減圧し、放電が発生しない程度のパワーで第１の高周波を第１の高周波電極に給電して、第１の可変整合器を可変範囲内の選定された複数のインピーダンス・ポジションに順次切り替える第４の工程と、各々のインピーダンス・ポジションの下で第１の可変整合器の出力端子から第１の高周波電極までの導波路上に得られる高周波電圧の波高値を測定して測定値を記録する第５の工程と、それら複数のインピーダンス・ポジションの中で電圧波高値の測定値が最大値または最大値付近になるときのインピーダンス・ポジションを第１のインピーダンスに対応するインピーダンス・ポジションとして登録する第６の工程とを有する。ここで、上記第４の工程では、可変範囲のほぼ全体を網羅するように複数のインピーダンス・ポジションを選定するのが好ましい。
【００１２】
また、上記第１のプラズマ処理方法または処理装置においては、好適な一態様として、チャンバ内に第１の高周波電極と第２の高周波電極とを所望のギャップを隔てて平行に配置し、第２の高周波電極に第２の高周波電源より第２の周波数を有する第２の高周波を第２の可変整合器を介して給電する。この場合、チャンバ内でプラズマの着火した後に、第２の高周波電極に対して第２の高周波の給電を開始してよい。好ましくは、第２の可変整合器における可変インピーダンスのうち第２の高周波電極に得られる高周波電圧の波高値が最小または最小付近になる第２のインピーダンスの下で第２の高周波の給電を開始し、第２の高周波の給電を開始して所定時間を経過してから第２の高周波電源側のインピーダンスに負荷インピーダンスを整合させるように第２の可変整合器のインピーダンスを可変制御してよい。このことによって、既に第１の高周波によって発生しているプラズマに第２の高周波の給電開始で与える影響を最小限に抑えることができる。
【００１３】
なお、チャンバ内に高周波電極と対向電極とが平行に配置される構成では、高周波電極の上に被処理基板が載置され、対向電極に高周波電極に向けて処理ガスを吐出するための通孔が設けられてよい。あるいは、対向電極の上に被処理基板が載置され、高周波電極側に対向電極に向けて処理ガスを吐出するための通孔が設けられてもよい。
【００１４】
本発明の好適な一態様によれば、上記のような第２の可変整合器におけるインピーダンスのオフ・プリセット値を決定するために、上記第１のプラズマ処理方法は、チャンバ内を減圧し、放電が発生しない程度のパワーで第２の高周波を第２の高周波電極に給電して、第２の可変整合器のインピーダンスを可変範囲内の選定された複数のインピーダンス・ポジションに順次切り替える第９の工程と、各々のインピーダンス・ポジションの下で第２の可変整合器の出力端子から第２の高周波電極までの導波路上に得られる高周波電圧の波高値を測定して測定値を記録する第１０の工程と、それら複数のインピーダンス・ポジションの中で電圧波高値が最小値または最小値付近になるときのインピーダンス・ポジションを前記第２のインピーダンスに対応するインピーダンス・ポジションとして登録する第１１の工程とを有する。上記第９の工程でも、可変範囲のほぼ全体を網羅するように複数のインピーダンス・ポジションを選定するのが好ましい。
【００１５】
本発明の第２のプラズマ処理方法は、減圧可能なチャンバ内の所定位置にダミーの被処理基板を配置し、所望のプロセスレシピと実質的に同じ条件で前記チャンバ内を所定の真空度に減圧し、前記チャンバ内に所定の処理ガスを供給し、高周波電源より所定周波数の高周波を所定のパワーで所定の高周波電極に給電して前記チャンバ内にプラズマを生成し、負荷インピーダンスの測定値が予め選定された複数の基準インピーダンスに一致するように前記可変整合器のインピーダンスを可変制御する第１の工程と、各々の前記基準インピーダンスの下で前記高周波電源側に得られる反射波の電力を測定して測定値を記録する第２の工程と、前記複数の基準インピーダンスの中で前記反射波電力の測定値が最小値または最小値付近になるときの基準インピーダンスを登録する第３の工程と、前記チャンバ内の前記所定位置に正規の被処理基板を配置し、前記プロセスレシピの条件で前記チャンバ内を所定の真空度に減圧し、前記チャンバ内に所定の処理ガスを供給し、前記高周波電源より前記高周波を所定のパワーで前記高周波電極に給電して前記チャンバ内にプラズマを生成し、負荷インピーダンスの測定値が前記登録された基準インピーダンスに一致するように前記可変整合器のインピーダンスを可変制御して、前記基板にプラズマ処理を施す第４の工程とを有する。
【００１６】
また、本発明のプラズマ処理装置においては、好適な一態様として、上記第１のマッチング制御部が、負荷インピーダンスを測定するための第１の負荷インピーダンス測定回路と、チャンバ内でプラズマの着火した後に負荷インピーダンスの測定値が第１の高周波電源側に得られる反射波の電力が最小または最小付近になるときの基準のインピーダンスに一致するように第１の可変整合器のインピーダンスを可変制御する第１のオートマッチング制御部とを有する。また、好適な一態様として、上記第２のマッチング制御部が、負荷インピーダンスを測定するための第２の負荷インピーダンス測定回路と、負荷インピーダンスの測定値が第２の高周波電源側に得られる反射波の電力が最小または最小付近になるときの基準のインピーダンスに一致するように第２の可変整合器のインピーダンスを可変制御する第２のオートマッチング制御部とを有する。
【００１７】
上記の方法または構成によれば、負荷インピーダンス測定回路の測定精度に誤差があっても、あるいは実プロセス中の高周波の波形ひずみが大きいときでも、見かけの負荷インピーダンス測定値に依存することなく反射波の電力を最小にする方向にオートマッチングが働くので、オートマッチング機能の信頼性が保証される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のプラズマ処理方法、プラズマ処理装置または整合器のオートラーニングプログラムによれば、上記のような構成および作用により、処理条件の特別な選定や切り替えを要することなく、またプロセスに影響を与えることなくプラズマ着火性を容易に改善することができる。さらに、プラズマ処理中に負荷インピーダンスを高周波電源側のインピーダンスに自動的に整合させるためのオートマッチングの信頼性を改善することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付図を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。
【００２０】
図１に、本発明の一実施形態におけるプラズマエッチング装置の構成を示す。このプラズマエッチング装置は、容量結合型平行平板プラズマエッチング装置として構成されており、たとえば表面がアルマイト処理（陽極酸化処理）されたアルミニウムからなる円筒形のチャンバ（処理容器）１０を有している。チャンバ１０は保安接地されている。
【００２１】
チャンバ１０の底部には、セラミックなどの絶縁板１２を介して円柱状のサセプタ支持台１４が配置され、このサセプタ支持台１４の上にたとえばアルミニウムからなるサセプタ１６が設けられている。サセプタ１６は下部電極を構成し、この上に被処理基板としてたとえば半導体ウエハＷが載置される。
【００２２】
サセプタ１６の上面には半導体ウエハＷを静電吸着力で保持するための静電チャック１８が設けられている。この静電チャック１８は導電膜からなる電極２０を一対の絶縁層または絶縁シートの間に挟み込んだものであり、電極２０には直流電源２２が電気的に接続されている。直流電源２２からの直流電圧により、半導体ウエハＷがクーロン力で静電チャック１８に吸着保持されるようになっている。静電チャック１８の周囲でサセプタ１６の上面には、エッチングの均一性を向上させるためのたとえばシリコンからなるフォーカスリング２４が配置されている。サセプタ１６およびサセプタ支持台１４の側面にはたとえば石英からなる円筒状の内壁部材２６が貼り付けられている。
【００２３】
サセプタ支持台１４の内部には、たとえば円周方向に延在する冷媒室２８が設けられている。この冷媒室２８には、外付けのチラーユニット（図示せず）より配管３０ａ，３０ｂを介して所定温度の冷媒たとえば冷却水が循環供給される。冷媒の温度によってサセプタ１６上の半導体ウエハＷの処理温度を制御できる。  さらに、伝熱ガス供給機構（図示せず）からの伝熱ガスたとえばＨeガスが、ガス供給ライン３２を介して静電チャック１８の上面と半導体ウエハＷの裏面との間に供給される。
【００２４】
サセプタ１６の上方には、このサセプタと平行に対向する上部電極３４が設けられている。両電極１６，３４の間の空間はプラズマ生成空間である。上部電極３４は、サセプタ（下部電極）１６上の半導体ウエハＷと対向してプラズマ生成空間と接する面つまり対向面を形成する。上部電極３４は、サセプタ１６と所望の間隔を置いて対向配置されているリング形状またはドーナツ形状の外側(outer)上部電極３６と、この外側上部電極３６の半径方向内側に絶縁して配置されている円板形状の内側(inner)上部電極３８とで構成される。これら外側上部電極３６と内側上部電極３８とは、プラズマ生成に関して、前者（３６）が主で、後者（３８）が補助の関係を有している。
【００２５】
図２に、このプラズマエッチング装置における上部高周波給電部の構成を示す。図２に明示するように、外側上部電極３６と内側上部電極３８との間にはたとえば０．２５〜２．０ｍｍの環状ギャップ（隙間）が形成され、このギャップにたとえば石英からなる誘電体４０が設けられる。また、このギャップにセラミック９６を設けることもできる。この誘電体４０を挟んで両電極３６，３８の間にコンデンサが形成される。このコンデンサのキャパシタンスＣ40は、ギャップのサイズと誘電体４０の誘電率に応じて所望の値に選定または調整される。外側上部電極３６とチャンバ１０の側壁との間には、たとえばアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）からなるリング形状の絶縁性遮蔽部材４２が気密に取り付けられている。
【００２６】
外側上部電極３６は、ジュール熱の少ない低抵抗の導電体または半導体たとえばシリコンで構成されるのが好ましい。外側上部電極３６には、上部整合器４４、上部給電棒４６、コネクタ４８および給電筒５０を介して上部高周波電源５２が電気的に接続されている。上部高周波電源５２は、１３．５ＭＨｚ以上の周波数たとえばプラズマ生成用の６０ＭＨｚの高周波を出力する。上部整合器４４は、上部高周波電源５２の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させるためのもので、チャンバ１０内にプラズマが生成されている時に上部高周波電源５０の出力インピーダンスと負荷インピーダンスが見かけ上一致するように機能する。上部整合器４４の出力端子は上部給電棒４６の上端に接続されている。
【００２７】
給電筒５０は、円筒状または円錐状あるいはそれらに近い形状の導電板たとえばアルミニウム板または銅板からなり、下端が周回方向で連続的に外側上部電極３６に接続され、上端がコネクタ４８によって上部給電棒４６の下端部に電気的に接続されている。給電筒５０の外側では、チャンバ１０の側壁が上部電極３４の高さ位置よりも上方に延びて円筒状の接地導体１０ａを構成している。この円筒状接地導体１０ａの上端部は筒状の絶縁部材５４により上部給電棒４６から電気的に絶縁されている。かかる構成においては、コネクタ４８からみた負荷回路において、給電筒５０および外側上部電極３６と円筒状接地導体１０ａとで前者（３６，５０）を導波路とする同軸線路が形成される。
【００２８】
再び図１において、内側上部電極３８は、多数のガス通気孔５６ａを有するたとえばＳi、ＳiＣなどの半導体材料からなる電極板５６と、この電極板５６を着脱可能に支持する導電材料たとえば表面がアルマイト処理されたアルミニウムからなる電極支持体５８とを有する。電極支持体５８の内部には、たとえばＯリングからなる環状隔壁部材６０で分割された２つのガス導入室つまり中心ガス導入室６２と周辺ガス導入室６４とが設けられている。中心ガス導入室６２とその下面に設けられている多数のガス噴出孔５６ａとで中心シャワーヘッドが構成され、周辺ガス導入室６４とその下面に設けられている多数のガス噴出孔５６ａとで周辺シャワーヘッドが構成されている。
【００２９】
これらのガス導入室６２，６４には、共通の処理ガス供給源６６からの処理ガスが所望の流量比で供給されるようになっている。より詳細には、処理ガス供給源６６からのガス供給管６８が途中で２つに分岐してガス導入室６２，６４に接続され、それぞれの分岐管６８ａ，６８ｂに流量制御弁７０ａ，７０ｂが設けられている。処理ガス供給源６６からガス導入室６２，６４までの流路のコンダクタンスは等しいので、流量制御弁７０ａ，７０ｂの調整により、両ガス導入室６２，６４に供給する処理ガスの流量比を任意に調整できるようになっている。なお、ガス供給管６８にはマスフローコントローラ（ＭＦＣ）７２および開閉バルブ７４が設けられている。このように、中心ガス導入室６２と周辺ガス導入室６４とに導入する処理ガスの流量比を調整することで、中心ガス導入室６２に対応する電極中心部のガス通気孔５６ａつまり中心シャワーヘッドより噴出されるガスの流量ＦCと周辺ガス導入室６４に対応する電極周辺部のガス通気孔５６ａつまり周辺シャワーヘッドより噴出されるガスの流量ＦEとの比率（ＦC／ＦE）を任意に調整できるようになっている。なお、中心シャワーヘッドおよび周辺シャワーヘッドよりそれぞれ噴出させる処理ガスの単位面積当たりの流量を異ならせることも可能である。さらに、中心シャワーヘッドおよび周辺シャワーヘッドよりそれぞれ噴出させる処理ガスのガス種またはガス混合比を独立または別個に選定することも可能である。
【００３０】
内側上部電極３８の電極支持体５８には、上部整合器４４、上部給電棒４６、コネクタ４８および下部給電筒７６を介して上部高周波電源５２が電気的に接続されている。下部給電筒７６の途中には、キャパシタンスを可変調整できる可変コンデンサ７８が設けられている。
【００３１】
図示省略するが、外側上部電極３６および内側上部電極３８にも適当な冷媒室または冷却ジャケット（図示せず）を設けて、外部のチラーユニットにより冷媒を介して電極の温度を制御できるように構成してもよい。
【００３２】
チャンバ１０の底部には排気口８０が設けられ、この排気口８０に排気管８２を介して排気装置８４が接続されている。排気装置８４は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、チャンバ１０内のプラズマ処理空間を所望の真空度まで減圧できるようになっている。また、チャンバ１０の側壁には半導体ウエハＷの搬入出口を開閉するゲートバルブ８６が取り付けられている。
【００３３】
このプラズマエッチング装置では、下部電極であるサセプタ１６に下部整合器８８を介して下部高周波電源９０が電気的に接続されている。この下部高周波電源９０は、２〜２７ＭＨｚの範囲内の周波数たとえばイオン引き込み用の２ＭＨｚの高周波を出力する。下部整合器８８は、下部高周波電源９０の内部または出力インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させるためのもので、チャンバ１０内にプラズマが生成されている時に下部高周波電源９０の出力インピーダンスと負荷インピーダンスが見かけ上一致するように機能する。
【００３４】
内側上部電極３８には、上部高周波電源５２からの高周波（６０ＭＨｚ）を通さずに下部高周波電源９０からの高周波（２ＭＨｚ）をグランドへ通すためのローパスフィルタ（ＬＰＦ）９２が電気的に接続されている。このローパスフィルタ（ＬＰＦ）９２は、好適にはＬＲフィルタまたはＬＣフィルタで構成されてよいが、１本の導線だけでも上部高周波電源５２からの高周波（６０ＭＨｚ）に対しては十分大きなリアクタンスを与えることができるので、それで済ますこともできる。一方、サセプタ１６には、上部高周波電源５２からの高周波（６０ＭＨｚ）をグランドへ通すためのハイパスフィルタ（ＨＰＦ）９４が電気的に接続されている。
【００３５】
主制御部１００は、ＣＰＵやメモリ等を含むコンピュータシステムからなり、装置内の各部、特に高周波電源５２，９０、処理ガス供給源６６および整合器４４，８８等の個々の動作と全体の動作（シーケンス）を制御する。主制御部１００内の構成は図１３につき後に説明する。
【００３６】
このプラズマエッチング装置において、エッチングを行なうには、先ずゲートバルブ８６を開状態にして加工対象の半導体ウエハＷをチャンバ１０内に搬入して、サセプタ１６の上に載置する。そして、直流電源２２より直流電圧を静電チャック１８の電極２０に印加して、半導体ウエハＷをサセプタ１６に固定する。次いで、排気装置８４によりチャンバ１０内を排気するとともに、処理ガス供給源６６よりエッチングガス（一般に混合ガス）を所定の流量および流量比でガス導入室６２，６４に導入し、排気装置８４によりチャンバ１０内の圧力つまりエッチング圧力を設定値（たとえば数mTorr）とする。次いで、下部高周波電源９０より高周波（２ＭＨｚ）を所定のパワーでサセプタ１６に印加し、続いて上部高周波電源５２からも高周波（６０ＭＨｚ）を所定のパワーで上部電極３４（３６，３８）に印加する。内側上部電極３８のガス通気孔５６ａより吐出されたエッチングガスは上部電極３４（３６，３８）とサセプタ１６間のグロー放電中でプラズマ化し、このプラズマで生成されるラジカルやイオンによって半導体ウエハＷの被処理面がエッチングされる。
【００３７】
上記のように、上部高周波電源５２より出力される高周波（６０ＭＨｚ）と下部高周波電源９０より出力される高周波（２ＭＨｚ）との間には、イオン引き込み用の高周波（２ＭＨｚ）が先入れで下部電極１６に給電され、プラズマ生成用の上部高周波（６０ＭＨｚ）が後入れで上部電極３４に印加されるという給電開始時間上の前後関係がある。
【００３８】
このプラズマエッチング装置では、上部電極３４に対して高い周波数領域（イオンが動けない５〜１０ＭＨｚ以上）の高周波を印加することにより、プラズマを好ましい解離状態で高密度化し、より低圧の条件下でも高密度プラズマを形成することができる。しかも、後に詳述する先入れ側の上部整合器４４におけるインピーダンス・ポジションのオフ・プリセット値最適化機能により、プロセスレシピの各種条件（チャンバ内の圧力、上部および下部高周波パワー、ガス流量等）に特別な選定や切り替えを要することなく低圧下でも（あるいはチャンバ内にデポジションが付着していても）プラズマを確実に着火させることができるようになっている。また、プラズマ着火後のオートマッチングでは、負荷インピーダンスのモニタリングに測定誤差があっても、後述する整合ポイント補正機能により、高い精度でマッチング状態を確立できるようになっている。
【００３９】
なお、上述したプラズマエッチング装置は、酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜をエッチングするための装置の例であり、イオン引き込み用の下部高周波（２ＭＨｚ）が先入れで下部電極１６に印加され、プラズマ生成用の上部高周波（６０ＭＨｚ）が後入れで上部電極３４に印加されるという順番であった。しかし、たとえばポリシリコン膜をエッチングするためのプラズマエッチング装置は、諸所の事情または条件により上部電極にまず高周波（たとえば６０ＭＨｚ）を印加し、その後下部電極に高周波（たとえば１３．５６ＭＨｚ）を印加する順番のケースが多い。因みに、ポリシリコン膜をエッチングするためのプラズマ処理装置は、特にチャンバ内の低圧条件が望まれている。
【００４０】
以下では、便宜的に、ポリシリコン膜をエッチングするためのプラズマ処理装置で多用されている上部電極への高周波先入れ、下部電極への高周波後入れのケースで説明する。
【実施例１】
【００４１】
図３に、この実施形態のプラズマエッチング装置に適用可能な第１の実施例による高周波給電システムの構成を示す。上部整合器４４は、インピーダンス可変の可変整合器であり、少なくとも１つの可変リアクタンス素子を含む整合回路１０２と、この整合回路１０２の各可変リアクタンス素子のインピーダンス・ポジションを個別に可変制御するためのコントローラ１０４と、整合回路１０２を含めた負荷インピーダンスＺinを測定する機能を有するＲＦセンサ１０６とを有している。
【００４２】
図示の例では、整合回路１０２が２つの可変コンデンサＣ1，Ｃ2と１つのインダクタンスコイルＬ1とからなるＴ形回路として構成され、コントローラ１０４がステップモータ１０８，１１０を通じて可変コンデンサ（Ｃ1，Ｃ2）のインピーダンス・ポジションを可変制御できるようになっている。ＲＦセンサ１０６は、たとえばその設置位置における伝送線路上のＲＦ電圧およびＲＦ電流をそれぞれ検出する電圧センサおよび電流センサを有し、電圧測定値および電流測定値から負荷インピーダンスＺinの測定値を複素数表示で求める。コントローラ１０４は、たとえばマイクロコンピュータからなり、ＲＦセンサ１０６より負荷インピーダンスＺinの測定値を受け取り、主制御部１００からは各種の設定値やコマンドを受け取る。
【００４３】
さらに、この実施例では、上部整合器４４の出力側で伝送線路または導波路上の高周波電圧の波高値（ピーク対ピーク値）Ｖppを測定するためのＶpp測定回路１１２も上部整合器４４内に設けられている。このＶpp測定回路１１２で得られたＶppの測定値は主制御部１００に取り込まれる。
【００４４】
図４に、上部整合器４４および下部整合器８８におけるインピーダンス・ポジションのオフ・プリセット値最適化のために装置稼動前に行われるオートラーニングの手順（特に主制御部１００の処理手順）を示す。
【００４５】
以下、上部整合器４４に係る上記オートラーニングの手順を説明する。先ず、初期化（ステップＡ1）では、オートラーニング用の各種設定値を所定のレジスタにセットし、機械的な可動部を初期位置にセットする。次に、排気装置８４を作動させてチャンバ１０内を所定圧力の真空状態にしてから（ステップＡ2）、上部高周波電源５２をオンにする（ステップＡ3）。そうすると、上部高周波電源５２より伝送線路上に出力された高周波は上部整合器４４を通ってチャンバ１０内の上部電極３４に給電される。ここで、上部高周波電源５２の出力は、上部電極３４と下部電極１６との間で放電が発しない程度の低いパワーに設定される。なお、下部高周波電源９０はオフのままにしておく。
【００４６】
上部整合器４４においては、両可変コンデンサ（Ｃ1，Ｃ2）のインピーダンス・ポジションが先の初期化で初期位置にセットされており、Ｖpp測定回路１１２はその初期位置の（Ｃ1，Ｃ2）インピーダンス・ポジションの下で出力側の導波路上に得られる高周波電圧の波高値Ｖppを測定する。ここで、Ｖpp測定回路１１２により測定される導波路上の高周波電圧の波高値Ｖppは、上部電極３４における高周波電圧の波高値と比例関係にある。Ｖpp測定回路１１２で得られたＶpp測定値は、コントローラ１０８を介して主制御部１００に取り込まれ、主制御部１００内のメモリに格納される（ステップＡ4）。
【００４７】
こうして、初期位置の（Ｃ1，Ｃ2）インピーダンス・ポジションの下でＶppの測定が済むと、次に主制御部１００はコントローラ１０８およびステップモータ１１０，１１２を介して可変コンデンサ（Ｃ1，Ｃ2）のインピーダンス・ポジションを１ステップ移動させ（ステップＡ5）、移動先のインピーダンス・ポジションの下でＶpp測定回路１１２より得られるＶpp測定値を取り込む（ステップＡ6→Ａ7→Ａ4）。その後も、可変コンデンサ（Ｃ1，Ｃ2）のインピーダンス・ポジションを次のポジションへ移動させ、その移動先のインピーダンス・ポジションでＶpp測定回路１１２より得られるＶpp測定値を取り込むという一連の処理を繰り返す（ステップＡ5→Ａ6→Ａ7→Ａ4→Ａ5・・）。
【００４８】
図５に、可変コンデンサ（Ｃ1，Ｃ2）のインピーダンス・ポジションを順次移動させる手順の一例を示す。この例では、可変コンデンサＣ1の移動ポジションが予め可変範囲（０％〜１００％）内で０（０％）からｍ（１００％）までｍ＋１個選定され、可変コンデンサＣ2の移動ポジションが予め可変範囲（０％〜１００％）内で０（０％）からｎ（１００％）までｎ＋１個選定されている。
【００４９】
図５の（Ａ）に示す手順は、最初に可変コンデンサＣ1のポジションを０に保ったまま、可変コンデンサＣ2のポジションを０からｎまで振って、（Ｃ1，Ｃ2）＝（０，０），（０，１），・・（０，ｎ）の各インピーダンス・ポジションの下でＶppを測定してその測定値を記録する。次に、可変コンデンサＣ1のポジションを１に移し、可変コンデンサＣ2のポジションを０からｎまで振って、（Ｃ1，Ｃ2）＝（１，０），（１，１），・・（１，ｎ）の各インピーダンス・ポジションの下でＶppを測定してその測定値を記録する。以下、可変コンデンサＣ1のポジションを２，３，・・と順次移して上記と同様のＶpp測定および記録（ロギング）を繰り返し、最後は（Ｃ1，Ｃ2）＝（ｍ，０），（ｍ，１），・・（ｍ，ｎ）の各インピーダンス・ポジションの下でＶppを測定してその測定値を記録する。なお、可変コンデンサＣ1，Ｃ2のポジションを振るピッチは１に限るものではなく、２以上でもよい。
【００５０】
図５の（Ｂ）に示す手順は、可変コンデンサＣ1のポジションが偶数番目（０，２，４，・・）のときは可変コンデンサＣ2のポジションを昇順（０，１，２，３・・）で移動させ、可変コンデンサＣ1のポジションが奇数番目（１，３，５，・・）のときは可変コンデンサＣ2のポジションを降順（ｎ，ｎ−１，ｎ−２，・・）で移動させる点に特徴があり、他は図５の（Ａ）と同じである。図５の（Ｂ）の方が、可変コンデンサＣ1のポジションを１ステップ移動させる度毎に可変コンデンサＣ2側でステップモータ１０８の巻き戻しを行わずに済み、効率がよい。
【００５１】
上記のようなロギングの結果として、主制御部１００内のメモリ上には、図６のマッピングで示すように、可変コンデンサ（Ｃ1，Ｃ2）の可変範囲内で選定された（全体的に網羅された）全てのインピーダンス・ポジションに対応するＶpp測定値が全部出揃う。
【００５２】
図７に、Ｖpp測定値分布の一例を特性曲線で示す。この特性曲線は、可変コンデンサＣ1，Ｃ2の可変範囲がそれぞれ０〜１５００段階あり、その中でＣ1のポジションを１００ピッチで振り、Ｃ2のポジションを７５ピッチで振って得られたものである。この例では、（Ｃ1，Ｃ2）＝（１５００，１０５０）のポジションで得られるＶpp測定値（約６４０ボルト）が最大値またはその付近の値であることがわかる。
【００５３】
主制御部１００は、ロギング終了後に上部高周波電源５２をオフにし（ステップＡ8）、メモリに取り込んである全てのＶpp測定値の中で最大のものを最大値決定処理（比較演算）で決定し（ステップＡ9）、このＶpp最大値に対応する可変コンデンサ（Ｃ1，Ｃ2）のインピーダンス・ポジションをプラズマ処理のための上部ＲＦ投入開始時のポジションつまりプラズマ着火用の最適オフ・プリセット・ポジションとして登録する（ステップＡ10）。
【００５４】
下部整合器８８も上部整合器４４と同様の構成または機能を有する可変整合器であり、下部整合器８８におけるインピーダンス・ポジションのオフ・プリセット値最適化のためのオートラーニングの手順も基本的には上記した上部整合器４４に係るオートラーニングの手順と共通している。ただし、先入れ側の上部整合器４４に係るオートラーニングではプラズマ着火に最適なインピーダンス・ポジションのオフ・プリセット値を決定（同定）したのに対して、後入れ側の下部整合器８８に係るオートラーニングではその必要はない。むしろ、下部電極１６に対する下部高周波の給電を開始した時には既に着火しているプラズマに極力変動を来たさないようなインピーダンス・ポジションのオフ・プリセット値を決定（同定）するのが望ましい。
【００５５】
上記のような観点から、この実施例の下部整合器８８に係るオートラーニングでは、上部整合器４４に係るオートラーニングと同じ手順でＶppロギング情報を得たうえで（ステップＡ1〜Ａ8）、全てのＶpp測定値の中から最小のものを最小値決定処理（比較演算）で決定し（ステップＡ9）、このＶpp最小値に対応する下部整合器８８のインピーダンス・ポジションを下部ＲＦ投入開始時のポジションつまり着火後のプラズマに与える影響の最も少ない最適オフ・プリセット・ポジションとして登録する（ステップＡ10）。
【００５６】
図８に、この実施例におけるプラズマ処理の主要な手順（特に主制御部１００の処理手順）を示す。初期化（ステップＢ1）では、実プロセスに用いる各種条件の設定値（プロセスレシピの設定値）を所定のレジスタにセットし、機械的な可動部分を初期位置にセットする。その中で、主制御部１００は、上部整合器４４および下部整合器８８を上記オートラーニングで登録してあるインピーダンス・ポジションにセットする。より詳細には、上部整合器４４のオフ・プリセット値をＶpp最大値に対応する登録インピーダンス・ポジションに合わせ、下部整合器８８のオフ・プリセット値をＶpp最小値に対応する登録インピーダンス・ポジションに合わせる。
【００５７】
初期化の後に、加工対象の半導体ウエハＷをチャンバ１０内に搬入し、サセプタ１６上に載置する（ステップＢ2）。そして、直流電源２２より直流電圧を静電チャック１８の電極２０に印加して、半導体ウエハＷをサセプタ１６に固定する。
【００５８】
次いで、排気装置８４によりチャンバ１０内を排気し（ステップＢ3）、処理ガス供給源６６よりエッチングガスを所定の流量および流量比でガス導入室６２，６４に導入し、排気装置８４によりチャンバ１０内の圧力を設定値（たとえば数mTorr）とする（ステップＢ4）。
【００５９】
次いで、上部整合器４４が上記のようにＶpp最大値に対応する登録インピーダンス・ポジションにセットされている初期状態の下で、上部高周波電源５２をオンにして予設定のＲＦパワーで高周波を出力させる（ステップＢ5）。上部高周波電源５２より出力された高周波は上部整合器４４を介して上部電極３４に給電され、上部電極３４と下部電極１６との間に高周波の電界が形成される。ここで、上部高周波電源５２と負荷との間にインピーダンス整合がとれていなくても、上部電極３４のＶpp（ひいては電極間の高周波電界）は当該上部ＲＦパワーの下で可能な最大の電圧波高値（ひいては最大電界強度）またはその付近の値になっているため、エッチングガスが速やかに放電を開始して、ガスプラズマが発生する。
【００６０】
次に、主制御部１００は、たとえばタイマ機能を用いて、上部ＲＦパワーの投入開始から一定時間後に、上部整合器４４に対してオフ・プリセット値を解除し、上部整合器４４内のオートマッチングに切り替える（ステップＢ6）。このオートマッチングでは、コントローラ１０４が、ＲＦセンサ１０６より負荷インピーダンスＺinの測定値を受け取り、その測定値を整合用の基準インピーダンスまたは整合ポイントＺMPに一致させるようにパルスモータ１０８，１１０を通じて可変コンデンサ（Ｃ1，Ｃ2）のインピーダンス・ポジションをフィードバック制御で可変制御する。こうして、上部高周波電源５２からの高周波が最大の伝送効率および設定通りのパワーで上部電極３４に給電され、高密度のプラズマが生成される。なお、オフ・プリセット値からオートマッチングへの切り替えを制御するために、タイマ機能に代えて、プラズマが着火したことを光学的に確認するセンサを用いることも可能である。
【００６１】
次に、主制御部１００は、たとえば上記と同様のタイマ機能によりプラズマが安定する頃合をみて、下部高周波電源９０をオンにして予設定の下部ＲＦパワーで高周波を出力させる（ステップＢ7）。この下部ＲＦ投入開始の際に、下部整合器８８は上記のようにＶpp最小値に対応する登録インピーダンス・ポジションにセットされている。このため、下部高周波に対応する下部電極１６のＶppは当該下部ＲＦパワーの下で可能な最小の電圧波高値またはその付近の値になり、既発生または生成中のプラズマに与える影響が最小限に抑えられる。そして、たとえば上記と同様のタイマ機能により一定時間後に下部整合器８８に対してオフ・プリセット値を解除し、下部整合器８８内のオートマッチングに切り替える（ステップＢ6）。この下部整合器８８のオートマッチングでも、図示省略するが、整合器内部のコントローラが、ＲＦセンサより得られる負荷インピーダンスの測定値を整合ポイントに一致させるようにパルスモータを通じて可変リアクタンス素子のインピーダンス・ポジションをフィードバック制御で可変制御する。こうして、下部高周波電源９０からの高周波が最大の伝送効率設定通りのパワーで下部電極１６に給電され、プラズマエッチングが行われる（ステップＢ9）。
【００６２】
そして、所期のプラズマエッチング加工が完了したなら、上部および下部高周波電源５２，９０をそれぞれオフにし（ステップＢ10）、処理ガス供給源６６にエッチングガスの供給を停止させる（ステップＢ11）。しかる後、処理済の半導体ウエハＷをチャンバ１０から搬出する（ステップＢ12）。
【００６３】
上記のように、この実施例においては、プロセスの開始後にプロセス条件（圧力、ＲＦパワー等）の切り替えを一切行うことなく、上部整合器４４および下部整合器８８におけるインピーダンス・ポジションのオフ・プリセット値または初期値を特定の値（最適値）に設定するだけで、低圧力下でもプラズマを確実に着火させ、かつ安定に維持して、高密度プラズマによる微細なエッチング加工を実施することができる。
【００６４】
なお、上記実施例１の主制御部１００は、Ｖpp測定値の取り込み・記憶、Ｖpp測定値の最大値（最小値）決定処理、オフプリセット値の登録インピーダンス・ポジションへの変更、タイマ機能によるオフプリセット値の解除、等を行っている。しかし、これに限らず、たとえばタイマ機能およびタイマ機能によるオフプリセット値の解除は、整合器４４内にあるコントローラ１０４が行ってもよく、実際にはその方が好ましいことが多々ある。また、Ｖpp測定値の取り込み・記憶、Ｖpp測定値の最大値（最小値）決定処理、オフプリセット値の登録インピーダンス・ポジションへの変更等をコントローラ１０４が行ってもよい。
【実施例２】
【００６５】
図９に、第２の実施例による高周波給電システムの構成を示す。この実施例において上記した第１の実施例と異なる構成は２つある。１つは、整合回路１０２の回路構成をＴ形からはしご形に変形した点であり、コントローラ１０４がステップモータ１０８，１１０を通じてそれぞれ可変コンデンサＣ3および可変インダクタンスコイルＬ2のインピーダンス・ポジションを可変制御するようになっている。なお、後段のコンデンサＣ4、インダクタンスコイルＬ3はそれぞれ固定キャパシタンスおよび固定インダクタンスコイルである。このように、整合器内の整合回路１０２は、１つまたは複数の可変リアクタンス素子を有する任意の可変整合回路で構成することができる。他の特徴的な構成は、高周波電源５２，９０の出力端子に整合器４４，８８側から伝送線路上を伝播してくる反射波を受信して反射波の電力を測定する反射波測定回路１１４，１１６を備えている点である。
【００６６】
上記第１の実施例と同様に、各整合器４４，８８においてオートマッチングを行うときは、コントローラ１０４が、ＲＦセンサ１０６で得られる負荷インピーダンスＺinの測定値が整合ポイントＺMPに一致するようにパルスモータ１０８，１１０を通じて可変コンデンサＣ3および可変インダクタンスコイルＬ2のインピーダンス・ポジションをフィードバック制御で可変制御する。ここで、整合ポイントＺMPは高周波電源の出力インピーダンスに等しい純抵抗値の５０Ω（ＺMP＝５０＋ｊ０）に設定されるのが通例である。
【００６７】
しかしながら、ＲＦセンサ１０６の測定精度に誤差があると、ＲＦセンサ１０６で得られる負荷インピーダンスＺinの測定値が見かけ上純抵抗値の５０Ω（Ｚin＝５０＋ｊ０）を示していても、実際には整合ポイント（ＺMP＝５０＋ｊ０）に一致していないことがある。また、高周波の波形ひずみが大きいときにもＲＦセンサ１０６の測定精度が不安定になり、見かけ上Ｚin＝５０＋ｊ０の測定値が得られても、整合ポイント（ＺMP＝５０＋ｊ０）に一致していないことがある。このような場合に、上記のようなインピーダンスマッチングのためのフィードバック制御を行えば、整合ポイントＺMPからずれたインピーダンスに負荷インピーダンスを合わせる結果となり、ＲＦ伝送特性が低下してプラズマプロセスに影響を来たすおそれがある。
【００６８】
この実施例には、以下に述べるように、ＲＦセンサの測定誤差や実プロセス中の高周波の波形ひずみ等に起因するＲＦセンサにおける負荷インピーダンス測定精度の低下を補償する整合ポイント補正機能が備わっている。
【００６９】
図１０に、この実施例において整合ポイント補正機能のために装置稼動前に行われるオートラーニングの手順（特に主制御部１００の処理手順）を示す。
【００７０】
この整合ポイント補正のためのオートラーニングは、特定の実プロセスと実質的に同一の条件の下で、上部整合器４４および下部整合器８８について片方ずつの実施も可能であり、あるいは両方同時実施も可能である。
【００７１】
説明の便宜上、上部整合器４４におけるオートラーニングの手順を説明する。先ず、初期化（ステップＣ1）では、特定の実プロセスと同一のプロセスレシピを所定のレジスタにセットし、機械的な可動部を初期位置にセットする。ただし、オートラーニングのために、上部整合器４４のオートマッチングにおいて負荷インピーダンスＺinの目標点となる基準インピーダンスＺs（Ｚs＝Ｒ＋ｊＸ）が標準整合ポイントの５０Ω（ＺMP＝５０＋ｊ０）を中心として予め多数選定されており、それらの中の１つ（初期値）をセットする。
【００７２】
初期化の後に、実際の加工対象ではないダミーの半導体ウエハＷをチャンバ１０内に搬入し、サセプタ１６上に載置する（ステップＣ2）。そして、直流電源２２より直流電圧を静電チャック１８の電極２０に印加して、ダミーウエハＷをサセプタ１６に固定する。
【００７３】
次いで、排気装置８４によりチャンバ１０内を排気し（ステップＣ3）、処理ガス供給源６６より実プロセスと同じ条件でエッチングガス（一般に混合ガス）を所定の流量および流量比でガス導入室６２，６４に導入し、排気装置８４によりチャンバ１０内の圧力を設定値としてから（ステップＣ4）、上部高周波電源５２および下部高周波電源８８をそれぞれ予設定のＲＦパワーでオンにする（ステップＣ5）。この場合、上記した第１の実施例と同様に上部ＲＦを先入れでオンにし、下部ＲＦを後入れでオンにしてよい。
【００７４】
上部整合器４４においては、上部ＲＦについて負荷インピーダンスＺinを基準インピーダンスＺsに一致させるためのオートマッチングが行われる。より詳細には、コントローラ１０４が、ＲＦセンサ１０６で得られる負荷インピーダンスの測定値が基準インピーダンスＺs（Ｚs＝Ｒ＋ｊＸ）に一致するようにパルスモータ１０８，１１０を通じて可変コンデンサＣ1および／または可変インダクタンスコイルＬ1のインピーダンス・ポジションをフィードバック制御で可変制御する。ここで、基準インピーダンスＺsは先の初期化（ステップＣ1）でセットされている初期値である。
【００７５】
主制御部１００は、たとえばタイマ機能によりマッチングが確立した頃合を見計らって、反射波測定回路１１４で得られた反射波電力Ｐrの測定値を取り込んでメモリに格納する（ステップＣ6）。しかる後、上部高周波電源５２をいったんオフにする（ステップＣ7）。そして、基準インピーダンスＺsを次のポイントへ移動させ（ステップＣ7）、改めて上部高周波電源５２をオンにしてＲＦ給電を再開し（ステップＣ9→Ｃ10→Ｃ5）、上部整合器４４にオートマッチングを行わせ、反射波測定回路１１４で得られた反射波電力Ｐrの測定値を取り込む（ステップＣ6）。その後も、基準インピーダンスＺsを予設定のポジションへ順次移動させて、各移動先の基準インピーダンスＺsの下で反射波測定回路１１４より得られるＰr測定値を取り込む一連の処理を繰り返す（ステップＣ8→Ｃ9→Ｃ10→Ｃ5→Ｃ6・・）。
【００７６】
図１１に、基準インピーダンスＺs（Ｚs＝Ｒ＋ｊＸ）のポイント（選定値）を順次移動させる手順の一例を示す。この例では、実数部Ｒが標準の５０（Ω）を中心に３０（Ω）〜７０（Ω）の範囲内に５（Ω）のピッチで複数ポイント選定され、虚数部Ｘが標準の０（Ω）を中心に−２０（Ω）〜２０（Ω）の範囲内に５（Ω）のピッチで複数ポイント選定される。
【００７７】
図示の手順は、最初に実数部Ｒを５０（Ω）に固定して、虚数部Ｘを０（Ω）から２０（Ω）まで振り、（Ｒ＋ｊＸ）＝（５０＋ｊ０），（５０＋ｊ５），・・（５０＋ｊ２０）の各基準インピーダンスＺsの下で上部整合器４４にオートマッチングを行わせ、Ｐrを測定してその測定値を記録する。次に、実数部Ｒを５０（Ω）に保ったまま、虚数部Ｘを０（Ω）から−２０（Ω）まで振って、（Ｒ＋ｊＸ）＝（５０−ｊ０），（５０−ｊ５），・・（５０−ｊ２０）の各基準インピーダンスＺsの下で上部整合器４４にオートマッチングを行わせ、Ｐrを測定してその測定値を記録する。次に、実数部Ｒを４５（Ω）に移動または変更し、上記と同様の仕方で虚数部Ｘを０（Ω）から２０（Ω）まで、および０（Ω）から−２０（Ω）まで振って、各基準インピーダンスＺsの下で上部整合器４４にオートマッチングを行わせ、Ｐrを測定してその測定値を記録する。次に、実数部Ｒを５５（Ω）に移動または変更し、上記と同様の仕方で虚数部Ｘを０（Ω）から２０（Ω）まで、および０（Ω）から−２０（Ω）まして振って、各基準インピーダンスＺsの下で上部整合器４４にオートマッチングを行わせ、Ｐrを測定してその測定値を記録する。以下、上記の要領で基準インピーダンスＺsの移動とＰr測定および記録（ロギング）とを繰り返す。
【００７８】
上記のようなロギングの結果として、主制御部１００内のメモリ上には、実プロセスと同じ条件の下で、予め選定された全ての基準インピーダンスＺsに対する上部整合器４４のオートマッチングの結果として反射波測定回路１１４より得られたＰr測定値が全部出揃う。実際には、たとえば図１２に示すように、基準インピーダンスＺsの値によっては、マッチングが全然とれず、反射が大きすぎたり、反射波がハンチングを起こして測定不能となる（インターロックから外れる）場合が多いので、傾向分析からロギングの絞込みを行ってもよい。
【００７９】
主制御部１００は、ロギング終了後に処理ガス供給源６６をオフにしてエッチングガスの供給を停止し（ステップＣ11）、メモリに取り込んである全てのＰr測定値の中で最小のもの（理想的にはＰr＝０）を最小値決定処理（比較演算）で決定し（ステップＣ12）、このＰr最小値が得られたときの基準インピーダンスＺsを当該実プロセスに対応する整合ポイントＺMSとして登録する（ステップＣ13）。図１２の例の場合は、Ｒ＋ｊＸ＝６０−ｊ１０のポイントでＰr最小値が得られているので、当該実プロセス用の上部整合器４４の整合ポイントＺMSはＺMS＝６０−ｊ１０と設定される。
【００８０】
下部整合器８８における整合ポイント補正のためのオートラーニングも、主制御１００と下部整合器８８と反射波測定回路１１６との間で上記と全く同じ手順（図１０）で行われてよい。もっとも、下部高周波給電系統と上部高周波給電系統とは周波数やＲＦパワーだけでなく負荷インピーダンスそのものも異なるので、オートラーニングの結果として得られる補正整合ポイントＺMSの値も異なるのが普通である。また、この実施例のオートラーニングは、プロセスレシピ毎にプロセス条件を変えて行われるので、プロセスレシピ毎に独立した補正整合ポイントＺMSが得られる。実際のプロセスにおけるオートマッチング（たとえば図８のステップＢ6，Ｂ8）では、当該プロセスレシピに対応した補正整合ポイントＺMSが主制御部１００よりコントローラ１０４に与えられる。
【００８１】
この実施例によれば、上部整合器４４のＲＦセンサ１０６または下部整合器４４のＲＦセンサ（図示せず）の測定精度に誤差があっても、あるいは実プロセス中の高周波の波形ひずみが大きいときでも、上記のようなオートラーニングによる整合ポイント補正機能により、反射波の電力を零または最小にする方向に整合器４４，８８のオートマッチングが働くので、プロセスの安定性や再現性を改善できる。
【００８２】
なお、上記実施例２の主制御部１００は、反射波電力Ｐrの取り込み・記憶、Ｐr測定値の最小値決定処理、ＺMSの登録、等を行っている。しかし、実施例１の場合と同様に、これに限られず、上記の機能をコントローラ１０４が行ってもよい。
【００８３】
図１３に、主制御部１００の構成例を示す。この構成例の主制御部１００は、バス１２０を介して接続されたプロセッサ（ＣＰＵ）１２２、メモリ（ＲＡＭ）１２４、プログラム格納装置（ＨＤＤ）１２６、フロッピドライブあるいは光ディスクなどのディスクドライブ（ＤＲＶ）１２８、キーボードやマウスなどの入力デバイス（ＫＥＹ）１３０、表示装置（ＤＩＳ）１３２、ネットワーク・インタフェース（ＣＯＭ）１３４、および周辺インタフェース（Ｉ／Ｆ）１３６を有する。
【００８４】
プロセッサ（ＣＰＵ）１２２は、ディスクドライブ（ＤＲＶ）１２８に装填されたＦＤあるいは光ディスクなどの記憶媒体１３８から所要のプログラムのコードを読み取って、ＨＤＤ１２６に格納する。あるいは、所要のプログラムをネットワークからネットワーク・インタフェース７６を介してダウンロードすることも可能である。そして、プロセッサ（ＣＰＵ）１２２は、各段階または各場面で必要なプログラムのコードをＨＤＤ１２６からワーキングメモリ（ＲＡＭ）１２４上に展開して各ステップを実行し、所要の演算処理を行って周辺インタフェース７８を介して装置内の各部（整合器４４，８８、高周波電源５２，９０、処理ガス供給源６６、排気装置８４等）を制御する。上記第１および第２の実施例で説明したオートラーニングや実プロセスに用いるプログラムは全てこのコンピュータシステムで実行される。
【００８５】
以上、一実施形態について説明したが、本発明の技術思想の範囲内で種々の変形が可能である。たとえば、平行平板型において、高周波を一方の電極だけに給電し、他方の電極には給電しない方式や、あるいは一方の電極に２種類の高周波を同時に給電する方式等も可能であり、いずれの場合でも各高周波電源と各電極との間に接続される可変整合器に本発明を適用することができる。また、整合器内の構成も整合回路１０２だけでなくＲＦセンサやコントローラ類も種々の変形が可能であり、Ｖpp測定回路１１２を整合器の外に設ける構成も可能である。
【００８６】
上記した実施形態は高周波電極をチャンバの中に設ける容量結合型の平行平板プラズマ処理装置に係るものであったが、本発明は高周波電極をチャンバの外に設けるヘリコン波プラズマ方式やＥＣＲプラズマ方式等のプラズマ処理装置にも適用可能である。本発明は、プラズマエッチングに限らず、プラズマＣＶＤ、プラズマ酸化、プラズマ窒化、スパッタリングなど種々のプラズマ処理に適用可能である。発明における被処理基板は半導体ウエハに限らず、ＦＰＤ用の各種基板や、フォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等も可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の一実施形態におけるプラズマエッチング装置の構成を示す縦断面図である。
【図２】図１のプラズマエッチング装置における高周波給電部の構成を示す部分拡大断面図である。
【図３】一実施例における高周波給電システムの構成を示すブロック図である。
【図４】実施例による整合器インピーダンス・ポジションのオフ・プリセット値最適化オートラーニングの手順を示すフローチャート図である。
【図５】実施例のオートラーニングにおいて可変コンデンサのインピーダンス・ポジションを順次移動させる手順の一例を示す図である。
【図６】実施例のオートラーニングにおいて可変コンデンサの各インピーダンス・ポジションで得られたＶpp測定値のマッピングを示す図である。
【図７】実施例のオートラーニングで得られるＶpp測定値分布の一例を特性曲線で示す図である。
【図８】実施例におけるプラズマ処理の主要な手順を示すフローチャート図である。
【図９】別の実施例における高周波給電システムの構成を示すブロック図である。
【図１０】実施例において整合ポイント補正機能のためのオートラーニングの手順を示すフローチャート図である。
【図１１】実施例のオートラーニングにおいて基準インピーダンスのポイント（選定値）を順次移動させる手順の一例を示す図である。
【図１２】実施例のオートラーニングにおいて基準インピーダンスの各ポイントで得られた測定結果の一例をマッピングで示す図である。
【図１３】実施例における主制御部の構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００８８】
１０    チャンバ
１６    サセプタ（下部電極）
３４    上部電極
４４    上部整合器
５２    上部高周波電源
６６    処理ガス供給源
８８    下部整合器
９０    下部高周波電源
１００    主制御部
１０２    整合回路
Ｃ1，Ｃ2，Ｃ3    可変コンデンサ
Ｌ1    可変インダクタンスコイル
１０４    コントローラ
１０６    ＲＦセンサ
１０８，１１０    ステップモータ
１１２    Ｖpp測定回路  
１１４，１１６    反射波測定回路
１２２    プロセッサ（ＣＰＵ）
１２４    メモリ（ＲＡＭ）
１２８    プログラム記憶装置（ＨＤＤ）
１３８    記憶媒体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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